Spark详解（十一）：Spark运行架构原理分析

1. Spark 运行架构总体分析

1.1 总体介绍

Spark应用程序的运行架构基本上由三部分组成，包括SparkContext（驱动程序）、ClusterManger（集群资源管理器）和Executor（任务执行进程）组成

• SparkContext负责与Cluster Manager通信，进行资源的分配和监控等，负责作业的执行的全生命周期管理。
• ClusterManger提供了资源的分配和管理，在不同的运行模式下，担任的角色不同，在本地运行、SPakrStandalane模式下由Master提供，在Yarn运行模式下由Resource Mangaer担任。

1.2 重要类介绍

TaskShceduler是重要的Spark的重要调度器之一，它负责具体任务的调度执行，而SchuedlerBackend则负责应用程序运行期间与底层资源调度系统交互。

应用程序具体运行的过程是:

1. SparkContext启动时，调用TaskScheduler.start方法启动TaskSchedule人调度器
2. DAGScheduler调度阶段和任务拆分完毕时，调用TaskSchudler.submitTask方法提交任务。
3. SchedulerBackend接收到执行任务时，通过receiveOffers方法分配运行资源并启动运行节点的Executor
4. 由TaskScheduler接受到任务运行状态，如果任务运行完毕，则继续分配，直到应用程序运行完毕。

下面我们介绍Spark运行架构中十分重要的两个类：

• TaskScheduler:该类是高层调度器DAGScheduler与任务执行SchedulerBackend的桥梁。TaskScheduler是特质类，定义了任务调度相关的实现方法，TaskSchedulerImpl是其重要的子类，它实现了TaskSchedulerde所有的接口方法，而TaskScheduler的孙子类YarnScheduler和YarnClusterScheduler只是重写其中的一两个方法。
• SchedulerBackend：该类为特质类，子类根据不同的运行模式分为本地运行模式LoaclBackend，粗粒度运行模式的CoarseGraniedSchedulerBackend和细粒度MesosSchedulerBackend。粗粒度运行模式包括独立运行模式（Standalane）的SparkDelploySchedulerBackend、Yarn运行模式的YarnSchedulerBackend和粗粒度CoarssMesosSchedulerBackend。

2. 独立运行模式（Standalane）运行模式

独立运行模式是Spark自身实现的资源调度框架，由客户端、Master节点和Worker节点组成，其中SparkContext既可以运行在Master节点，也可以运行在本地客户端。

Worker节点可以通过ExecutorRunner运行在当前节点上的CoarseGrainedExecutorBackend进程，每个Worker节点存在一个或者多个CoarseGrainedExecutorBackend进程，每个进程包含一个Executor对象。该对象有一个线程池，每个线程可以执行一个任务。

（1）启动应用程序，在SparkContext启动过程中，先初始化DAGScheduler和TaskSchedulerImpl两个调度器，同时初始化SparkDelploySchedulerBackend，并且在内部启动终端点DriverEndPoint和ClientEndPoint。

（2）终端点ClientEndPoint向Master注册应用程序，Master收到注册信息把该应用程序加入到等待应用程序队列中，等待Master分派给该应用程序Worker。

（3）当前应用程序获取Worker时，Master会通知worker中的终端点WorkerEndpoint创建CoarseGrainedExecutorBackend进程，在该进程中创建执行容器Executor。

（4） Executor创建完毕后发送消息而给Master和终端点DriverEndPoint，告知Executor以及创建完毕，在SparkContext成功注册之后，等待接收从Driver终端点执行任务的信息。

（5）SparkContext分配任务给CoarseGrainedExecutorBackend进程执行，任务执行在按照一定的调度策略进行的。

（6）CoarseGrainedExecutorBackend在任务处理的过程中，把处理任务的状态发送给SparkContext的终端点DriverEndPoint，SparkContext根据任务执行不同的结果进行处理。如果任务集处理完毕之后，则会继续发送其他任务集。

（7）应用程序运行完毕之后，SparkContext就会进行资源回收，先销毁在Worker的CoarseGrainedExecutorBackend进程，然后再销毁自身。

3. YARN运行模式

Yarn是一种资源管理机制，其上面可以运行多套计算框架。Yarn 运行模式根据Driver在集群中的位置分为两个模式，一种是Yarn-Client模式，还有一种是Yarn-Cluster模式。

3.1 Yarn 运行框架

3.2 Yarn-Client运输模式

Yarn-Client运行模式分为以下几个步骤：

（1）启动应用程序，在SparkContext启动过程中，先初始化DAGScheduler。使用反射方法初始化YarnScheduler和YarnClientSchedulerBackend。YarnClientSchedulerBackend在内部启动DriverEndPoint和Client。

（2）ResourceManager收到请求之后，在集群中选择一个NodeManager，为该应用程序分配一个Container，为该应用程序分配一个Container，要求这个Container中启动应用程序的ApplicationMaster，与Yarn-Cluster有区别的是，在该Application Master不运行SparkContext，只与SparkContext进行联系，并且进行资源的分配

（3）客户端的SparkContext启动完毕之后，与ApplicationMaster建立通信，向ResourceManager注册，根据任务信息向ResourceManager申请资源（Container）。

（4）一旦ApplicationMaster申请到了资源（Container）后，便于对应的NodeManager建立通信，要求它在获得的Container中启动CoarseGrainedExecutorBackend，CoarseGrainedExecutorBackend会向客户端中的SparkContext进行注册并且申请任务集。

（5）客户端中的SparkContext分配任务集给CoarseGrainedExecutorBackend执行，CoarseGrainedExecutorBackend运行任务并且向终端点DriverEndpoint汇报任务运行的状态和进展，客户端随时掌握各个任务的运行状态，从而可以在任务失败的时候重新启动任务

（6）应用程序执行完毕之后，客户端的SparkContext向ResourceManger申请注销并且关闭本身。

下面我们用spark-submint脚本提交Yarn-Client应用程序

bin/spark-submit --class org.apache.spark.examples.SparkPi \
--master yarn-client
--num-executors 3 --driver-memory 4g \
--executor-memory 2g \
--executor-cores 1 lib\spark-examples*.jar

3.3 Yarn-Cluster运行模式介绍

在Yarn-Cluster模式中，当向用户YARN中提交一个应用程序之后，YARN将分为两个阶段运行在该应用程序中：第一个阶段是把Spark的Driver作为一个ApplicationMaster在YARN集群中启动；第二阶段是由ApplicationMaster创建应用程序，然后它向ResourceManager申请资源，并且启动Executor来运行任务集，同时监控它的整个执行过程，直到运行完成。

（1）客户端提交应用程序时，启动Client向YARN中提交应用程序，包括启动Application Master的命令、提交给Application Master的程序和需要在Executor中运行的程序等。

（2）esourceManager收到请求之后，在集群中选择一个NodeManager，为该应用程序分配一个Container，为该应用程序分配一个Container，要求这个Container中启动应用程序的ApplicationMaster。其中ApplicationMaster进行SparkContext等初始化工作。

（3）中ApplicationMaster向ResourceManager注册，根据任务信息向ResourceManager申请资源（Container），并且监控任务的状态直到运行结束。

（4）一旦ApplicationMaster申请到了资源（Container）后，便于对应的NodeManager建立通信，要求它在获得的Container中启动CoarseGrainedExecutorBackend，CoarseGrainedExecutorBackend会向Application Master中的SparkContext进行注册并且申请任务集。

（5）Application Master中的SparkContext分配任务集给CoarseGrainedExecutorBackend执行，CoarseGrainedExecutorBackend运行任务并且向终端点DriverEndpoint汇报任务运行的状态和进展，客户端随时掌握各个任务的运行状态，从而可以在任务失败的时候重新启动任务

（6）应用程序执行完毕之后，客户端的pplication Master向ResourceManger申请注销并且关闭本身。

下面我们用spark-submint脚本提交Yarn-Client应用程序

bin/spark-submit --class org.apache.spark.examples.SparkPi \
--master yarn-cluster
--num-executors 3 --driver-memory 4g \
--executor-memory 2g \
--executor-cores 1 lib\spark-examples*.jar